酸铝胁迫下NO对土沉香幼苗生长特性的影响

钟铭隆，付晓凤，朱 原，王艺锦，胡 倩，王凌晖，滕维超

（1.广西国有博白林场，广西 博白 537600；2.广西大学林学院，广西 南宁 530004；3.四川农业大学风景园林学院，四川 成都 611130）

我国铝土量居世界第4位，主要分布在广西、云南、四川、山东等地，其中广西是我国铝土矿生产的重要基地，广西酸雨下降量较多，土壤酸化与Al毒伴生，在酸性条件下，特别是土壤 pH＜5时，难溶性Al转变成交换性Al，并呈指数增加。研究表明，植物在土壤交换性Al含量大于2 cmol/kg时会出现Al毒害症状，通过影响植物根生长发育来影响植物生长和作物产量［1］。祖超等［2］发现低浓度 Al可诱导胡椒启动体外排斥机制，高浓度Al胁迫则抑制有机酸的分泌，通过分析得出胡椒可以通过分泌有机酸来抵御低浓度Al胁迫。NO广泛分布于生物有机体内，调节植物生长发育，是植物逆境胁迫防御响应的信号分子［3］。近年来，有许多关于外源NO在植物抗逆性方面的研究，如在NO抗盐分、抗干旱、抗水分、抗高温、抗低温等方面都有所研究［4］。促有丝分裂原激活蛋白激酶级联信号通路作为真核生物中一类保守的信号转导途径，参与细胞分裂、气孔运动以及植物抗逆应答反应，NO作为其下游信号分子也参与其中［5］。SNP作为外源NO释放物质，在缓解胁迫对植物的危害等方面的研究较多，主要集中在盐胁迫［6］、水分胁迫［7］、温度胁迫［8］、干旱胁迫［9］以及重金属胁迫［10-11］等方面，洪克前等［12］研究认为SNP处理可提高芒果组织SOD、CAT和POD活性，降低H2O2含量，进而减少MDA对细胞膜的伤害，同时SNP 处理还很好地抑制PPO活性上升，延缓果实硬度下降，从而延长贮藏时间。而施加SNP作为外缘NO供体，对于缓解林木遭受Al胁迫的相关方面研究较缺乏［13］。

土沉香（Aquilaria sinensis）是我国独有的珍贵树木，可用于香料、药材、雕刻等，具有非常良好的经济效益和发展前景［14-15］。近几年对土沉香研究较多，但主要集中在繁殖［16］、理化性质［17］、施肥［18］、光照方向［19］等方面，对土沉香抗逆性研究较少。万文生等［20-21］对盐分胁迫、Cd胁迫下土沉香苗木生长生理方面的影响进行研究，多集中在某些胁迫的影响上，并未表明其缓解方法。国外学者对土沉香的研究主要集中在结香机理方面［22-23］，土沉香在Al胁迫及缓解方面的研究尚未见报道。为此，本试验采用不同浓度的Al和SNP营养液对土沉香幼苗进行Al胁迫及硝普钠-铝（SNP-Al）互作处理，通过测定土沉香幼苗的生长指标，探讨土沉香幼苗对Al胁迫的反应及适应机制，以及NO对Al胁迫的缓解作用，为今后土沉香的大量引种栽培、推广及土沉香经济价值的恢复等提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地点位于广西国有六万林场科研所苗圃塑料大棚内。供试材料为苗龄两个月的土沉香幼苗，平均株高为32.55（±3.94） cm，地径为6.17（±0.52） mm，于2015年5月15日移栽于多孔塑料花盆中（花盆规格为直径200 mm，高250 mm），每盆栽1株，盆土用经过灭菌灵消毒的土壤，每周每盆浇1 L改良Hoagland营养液1次。

1.2 试验方法

试验采用完全随机设计［24］，2015年5～7月为缓苗期，7月开始处理，每周浇1次改良Hoagland营养液（pH调节为4.1～4.2）开始对幼苗进行处理，并进行酸Al胁迫和SNP施加试验，用AlCl3配成溶液作为Al3+的供应源，将SNP配成溶液作为NO的供应源，各处理浓度水平见表1，浓度梯度设置参照杨林通［25］的试验，SNP中所含的CN-浓度用亚铁氰化钠调节。每个处理10次重复，每隔5 d浇1次含不同浓度Al和SNP水溶液，每盆每次浇250 mL，连续处理20周。

表1 各处理施加的Al和SNP浓度

1.3 指标测定

2016年1月试验结束时，对各处理土沉香幼苗生长指标进行测定。用直尺和游标卡尺测量幼苗的株高与地径；用去离子水将苗木冲洗干净，直尺测量其主根长度。同时将植株分成根、茎、叶3部分，称量各部分和全株鲜重。将植株各器官经105℃杀青30 min后，60℃烘干至恒重，测量生物量干重。叶面积、根总体积、总根平均直径、根总表面积、根总长度、总根尖数均用Epson根系扫描仪及配套WinRHIZO分析软件测定。

试验数据利用Excel、DPS7.05和SPSS18.0等软件进行统计、整理、绘制图表和分析。

2 结果与分析

2.1 SNP-Al互作对土沉香幼苗株高、地径、生物量的影响

如图1所示，相同Al浓度下，添加SNP对土沉香幼苗株高、地径生长有显著促进作用，株高增加10.64%～57.14%，地茎增加3.03%～38.89%，对生物量影响作用不显著；在添加或未添加SNP情况下，不同Al浓度下株高、地径、生物量生长差异显著，总体上随Al浓度增加呈先升高后下降趋势，以0.2 mmol/L Al处理下株高、地径、生物量最大，0.8 mmol/L Al处理下最小。其中处理7（0.2 mmol/L Al+0.1 mmol/L SNP）获得最大值，株高、地径、生物量分别为0.69 m、0.48 cm、39.00 g；处理5（0.8 mmol/L Al+0 mmol/L SNP）取得最小值，株高、地径、生物量依次为0.28 m、0.18 cm、26.30 g。表明低浓度Al对株高、地径、生物量生长具有一定促进作用，但是Al过量则产生抑制作用。

图1 SNP-Al互作下土沉香幼苗株高、地径、生物量生长变化多重比较分析

2.2 SNP-Al互作对土沉香幼苗根系指标的影响

从图2可以看出，相同Al浓度下，添加SNP对土沉香幼苗的根冠比、根平均直径影响不显著，对总根长影响显著，对根总体积、根尖数影响极显著；在添加或未添加SNP情况下，不同Al浓度下幼苗的根冠比、总根长以及根平均直径差异显著，根总体积、根尖数差异极显著，根表面积差异较大；除根冠比总体上随Al浓度增加呈先下降后升高趋势外，其余总体上都随Al浓度增加而呈先升高后下降趋势。在0.2 mmol/L Al处理下根冠比最小，0.8 mmol/L Al处理下最大，其中处理5（0.8 mmol/L Al+0 mmol/L SNP）、处理 7（0.2 mmol/L Al+0.1 mmol/L SNP）分别获得最大与最小值，即0.48和0.26。总根长、根平均直径、根表面积、根总体积、根尖数均在0.2 mmol/L Al处理下最大，0.8 mmol/L Al处理下最小，其中处理7（0.2 mmol/L Al+0.1 mmol/L SNP）获得最大值，总根长、根平均直径、根表面积、根总体积、根尖数依次为3 750 mm、0.805 cm、800 mm2、12.8 cm3、6 000个；处理5（0.8 mmol/L Al+0 mmol/L SNP）获得最小值，总根长、根平均直径、根表面积、根总体积、根尖数依次为1 380 mm、0.57 cm、320 mm2、6.00 cm3、2 550个。表明低浓度 Al对根生长具有一定促进作用，但Al过量则对根生长有抑制作用。相同Al浓度下，施加SNP处理的根系指标除根冠比外，普遍高于未施加SNP处理，说明SNP对土沉香根系生长所受的Al胁迫有一定缓解作用。

图2 SNP-Al互作下土沉香幼苗根冠比、总根长、根直径、根表面积、根总体积、根尖数变化多重比较分析

2.3 SNP-AI互作下土沉香幼苗生长指标相关分析

由表2可知，土沉香幼苗株高、地径、生物量、比叶重、总根长、根表面积、根平均直径、根体积、根尖数等指标之间均呈极显著正相关，而根冠比与其他生长指标均呈极显著负相关。这是由于当植株受到胁迫时，植物提高根系生长量来增强对铝毒的抗性，导致根冠比下降。

表2 SNP-Al互作下土沉香幼苗生长指标相关分析

2.4 SNP-Al互作下土沉香幼苗生长特性的综合评价

苗木质量指数（QI-quality index）由Dickson等［26］提出，其计算公式为：

从表3可以看出，在QI体系评价下，土沉香幼苗质量指标最佳为处理7（0.2 mmol/L Al+0.1 mmol/L SNP）、QI为2.14，其次是处理2（0.2 mmol/L Al+0 mmol/L SNP）、为2.06。由此可见，无论施加SNP与否，Al浓度为0.2 mmol/L时对土沉香幼苗生长的促进作用最大，苗木质量最佳，而施加SNP可起到缓解Al胁迫的作用，能提升土沉香幼苗的抗性。

表3 SNP-Al对土沉香幼苗质量指数的影响

由以上相关性分析（表2）可以看出，土沉香各生长指标之间存在一定的相关性，运用隶属函数模糊综合分析法，将测定值进行数量转化，来判断土沉香Al胁迫下的适应能力以及SNP的缓解状况，隶属度平均值越大，表明植物生长越好。由表4可知，各处理平均隶属值依次为处理7＞处理2＞处理8＞处理6＞处理3＞处理9＞处理1＞处理10＞处理4＞处理5。各处理间处理7生长最好（0.2 mmol/L Al，0.1 mmol/L SNP），施加较低浓度的Al对植株起到一定的促进作用；而当Al浓度增加时，植株生长受到胁迫，此时并没有施加SNP，Al胁迫没有得到缓解，所以处理5（0.8 mmol/L Al，0 mmol/L SNP）较其他处理生长最差。

3 结论与讨论

本试验中，随Al浓度的升高，土沉香幼苗的株高、地径、生物量、根系形态指标等生长指标均出现先升后降的趋势。Al浓度在0.2 mmol/L时各生长指标均取得最大值，但是随着Al浓度进一步增加，幼苗开始表现出受胁迫的症状，各生长指标均受到抑制而有所下降，在Al浓度为0.8 mmol/L时抑制程度最大，生长受到明显的抑制。施加SNP后，土沉香幼苗的生长指标有了显著提升，各Al浓度下，土沉香幼苗的株高、地径、生物量、比叶重、总根长、根表面积、根平均直径、根总体积、根尖数等生长指标相对未施加SNP的处理均显著提高。

表4 SNP-Al互作下土沉香幼苗生长特性的综合评价

目前，Al毒害方面的研究已有了很大的突破和进展，由原来仅限于对禾本科植物Al毒害的研究，已慢慢发展到了Al毒害对木本植物的研究，如对桉树、龙眼、杉木等在铝毒害方面都有研究。黄春琼等［27］发现，在Al胁迫下，狗牙根耐Al性种质体内的某些基因的表达，促使其抗氧化物酶活性升高，清除较多的活性氧，使其免受氧化胁迫或降低受害程度。研究表明，芒萁的耐酸性和耐Al性均高于玉米，Al对植物的影响远大于pH值，但低pH值会加剧Al毒害效应［28］。在缓解Al毒害方面，也有P缓解Al、钙缓解Al、NO对Al缓解的研究，但研究对象大多为禾本科植物。目前来看，对土沉香的研究还尚少，主要研究方向有不同施肥方法对土沉香的影响、沉香的结香机制、水分、遮阴程度、盐分胁迫对土沉香的影响、分布、土壤肥力评价以及土沉香分级等，而在Al毒害以及缓解胁迫方面未见报道。

研究表明，NO广泛存在于植物组织中，植物抗逆性、种子萌发、侧根生长、细胞程序性死亡等多个生理过程都有其参与［29］。本试验结果表明，NO对Al胁迫下土沉香幼苗生长有显著的缓解作用，这与于淼等［30］NO对缓解大豆Al毒害有重要作用的研究结果一致。本研究中，施加SNP可提高土沉香幼苗高、地径、比叶重、生物量、根系等指标，在一定程度上缓解Al对幼苗生长的危害，这与刘强等［31］研究发现外源NO 可显著提高Al胁迫下烟草叶片非光化学猝灭系数、光呼吸速率、SOD和POD活性，防止或清除叶绿体内产生的活性氧，以缓解Al对烟草的毒害的结果类似。施加较低浓度（0.4 mmol/L以下）的Al溶液对土沉香幼苗生长起到一定的促进作用，以0.2 mmol/L浓度的促进作用最为明显，继续增加Al浓度则会对土沉香幼苗生长产生明显的抑制作用，这与杨丹娜等［32］研究酸Al胁迫对苜蓿种子发芽和幼苗生长的影响试验结果相同，与胡锦勤等［33］低浓度Al胁迫对狼尾草发芽率没有影响，但高浓度的Al会降低发芽势，且显著抑制根系生长的研究结果类似。由于试验还有很多不足之处，希望能为今后对土沉香的培育方面提供一定参考。

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